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Sanshiro Mizuno for the PHENIX collabora9on University of Tsukuba, RIKEN mail to : [email protected] Measurement Of Direct Photon Collec9ve Flow In Au+Au √s NN =200GeV collisions at RHICPHENIX experiment

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Page 1: MeasurementOf)DirectPhoton)Collec9ve)Flow)) In)Au+Au√ sNN ... · Mesons)spectraare)assumed)by) m T)scaling.) Mesons)v n)are)assumed)by)NCQ)scaling.))))) γdir.-v n calculaon-R γ)measured)by)external))

Sanshiro  Mizuno  for  the  PHENIX  collabora9on  University  of  Tsukuba,  RIKEN  

 mail  to  :  [email protected]  

Measurement  Of  Direct  Photon  Collec9ve  Flow    In  Au+Au  √sNN=200GeV  collisions    

at  RHIC-­‐PHENIX  experiment

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 2

What  are  direct  photons  ?

Direct  photons:  all  photons  except  those  origina9ng  from  hadron    decays.  l  Good  probe  since  they  penetrate  the  QGP  l  Created  during  all  stages  of  the  collision  

hard  scaHering

(thermal?)  radiaLon  from  QGP

(thermal?)  radiaLon  from  HG

jet-­‐photon  conversion

Jet  fragmentaLon

hadron  decay

p T(GeV

/c)

Lme

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3

Φ3

v3  comes  from  par9cipant  posi9on  fluctua9ons,  viscosity  dampens    higher  order  terms.  •  Define  iniLal  geometry  calculaLng  model  •  Constrain  η/s  of  QGP  

Φ2

⌫n =< cos{n(�� �n)} >

dN

d(�� n)= N0[1 + 2

1X

n=1

vncos{n(�� �n)}]

Φn  :  Event  Plane

Higher  Order  Azimuthal  Anisotropy

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4

The  pT  spectra  from  p+p  data  is  fi^ed    and  extrapolated  below  2  GeV/c.

The  excess  of  pT  spectra  are  fi^ed  and    effec9ve  temperature  is  extracted.      It  is  about  240  MeV.  Photons  are  emi^ed  from  very  hot    medium  at  early  9me  of  collisions.

a(1 + p2T /b)c

Ae�pT /Teff

arXiv:1405.3940v1

Direct  Photon  pT  spectra

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P.R.L.  109,  122302(2012)

It  is  observed  that  posi9ve  γdir.  v2  in  low  pT  and  the  magnitude  of  it    is  comparable  to  that  of  hadron  v2.    Photon  is  emi^ed  at  late  9me  of  collisions,  when  temperature  is  low.

Direct  Photon  EllipLc  Flow  (v2)

5

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 6

It  is  a  challenge  for  models  to  explain  simultaneously  the  excess  of    direct  photon  yield  and  the  large  ellip9c  flow  (v2).  

Yield  enhancement  Suggests  early  emission  when    temperature  is  high  at  or  above    300MeV    Large  ellipLc  flow  (v2)  Suggests  late  emission,  when    temperature  is  low,  collec9ve    mo9on  is  large

Integrated  emission differen9al  emission

Direct  Photon  Puzzle

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 7

To  resolve  the  puzzle  and  constrain  photon  produc9on  mechanisms,    more  differen9al  measurements  are  needed.  •  Higher  order  azimuthal  anisotropy  (v3)      It  could  help  understanding  and  constrain  photon  produc9on    mechanism.  In  this  talk,  new  results  for  v3  in  several  centrali9es  are  shown.  

MoLvaLon

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(GeV/c) Tp0 2 4

0

0.05

0.1

0.15

(GeV/c) Tp0 2 4

0

0.05

0.1

0.15

8

π0,  γinc.  vn  measurement          γdec.  vn  esLmaLon  from  π0  vn    Mesons  spectra  are  assumed  by  mT  scaling.  Mesons  vn  are  assumed  by  NCQ  scaling.          γdir.  vn  calculaLon  Rγ  measured  by  external    photon  conversion  method  is  used.

⌫dir.n =R�⌫inc.n � ⌫dec.n

R� � 1R� = Ninc./Ndec.

Analysis  Flow

π0  

γinc.

v2 v3 0-­‐60%  centrality  AuAu  200GeV  E.P.  :  RxN(I+O)

arXiv:1405.3940

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(GeV/c) T

p0 5 10 15-110

10

310

510

710

910

1110

(GeV/c) T

p0 5 10 15-410

-110

210

510

810

1110

(GeV/c) T

p0 5 10 15-410

-310

-210

-110

1

(GeV/c) T

p0 5 10 150

0.05

0.1

0.15

0.2

(GeV/c) T

p0 5 10 150

0.05

0.1

0.15

0.2

2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 9

Hadronic  Decay  Photon The  pT  spectra  and  vn  are  es9mated  from  π.  

pT  spectra  :  mT  scaling  vn  :  quark  number  scaling  

 

π η ω

meson  pT  spectra γdec.  pT  spectra contribu9on  ra9o  (Ri)

meson  v2 γdec.  v2

ρ η’  all  γdec.

vdec.n =X

i

Rivdec.in

p0

T

=q

p2T,⇡

0 +M2meson

�M2⇡

0

mT  scaling      decay  photon  vn  

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(GeV/c) Tp0 2 4

0

0.05

0.1

0.15

(GeV/c) Tp0 2 4

0

0.05

0.1

0.15

2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 10

Inclusive  and  decay  photon  vn  comparison

γinc.  

γdec.

⌫dir.n =R�⌫inc.n � ⌫dec.n

R� � 1

Direct  photon  vn  are  extracted  from  these  devia9on  via  below    func9on.  

v2 v3 0-­‐60%  centrality  AuAu  200GeV  E.P.  :  RxN(I+O)

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(GeV/c) T

p0 2 4

3v

0

0.05

0.1 0-60(%)3 v0π

3 vinc.γ

E.P.:RxN(I+O)Au+Au 200GeV

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

0

0.05

0.13 vdir.γ

2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 11

The  magnitude  of  γdir.  v3  is  similar  to  π0,  a  similar  trend  as  a  seen  in    case  of  v2.  Photon  azimuthal  asymmetries  may  be  affected  by  expansion  of  QGP.  

The  Result  of  Direct  Photon  v3

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 12

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.23 vdir.γ

E.P. : RxN(I+O)

(GeV/c) Tp0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.2 Au+Au200GeV

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.20-20(%) 20-40(%) 40-60(%)

η  range  of  RxN(I+O)  is  from  1.0  to  2.8.  Non-­‐zero,  posi9ve  v3  is  observed  in  all  centrality  bins.  No  strong  centrality  dependence:  similar  tendency  as  for  charged    hadrons  (P.R.L.  107,  252301  (2011))  and  π0.  

Centrality  dependence  of  Direct  Photon  v3

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(GeV/c) T

p0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.23 vdir.γ 3 v0π

E.P. : RxN(I+O)

(GeV/c) Tp0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.2 Au+Au200GeV

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.20-20(%) 20-40(%) 40-60(%)

2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 13

The  centrality  (in)dependence  of  γdir.  v3  is  also  observed  for  π0  v3.  

γdir.  and  π0  v3  show  similar  trend

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0.0

0.1

0.2

0.3

v 2

gdirect (calorimeter)gdirect (conversions)

Au+AupsNN = 200GeV

RXP(I+O)

0 1 2 3 40.00

0.05

0.10

0.15

v 3

0-20%

0 1 2 3 4pT [GeV/c]

20-40%

0 1 2 3 4

40-60%

The  calorimeter  and  conversion  photon  measurements  are    consistent  within  systema9c  uncertainty.  

Comparison  of  γdir.  vn  with  the  two  methods

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 15

π0  and  γdir.  v2  measurement  by  STAR

γdir.  v2  in  high  ET  region  are  consistent  with  0  within  systema9c    uncertainty,  while  π0  has  posi9ve  v2.  

Ahmed  M.  Hamed    shown  at  QM

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 16

photon  vn  measurement  by  ALICE

v2

It  is  also  observed  that  γdir.  v2  is  posi9ve  in  low  pT  at  LHC-­‐ALICE.  v3  measurement  is  ongoing.

v3 γdec.  v3  γinc.  v3

arXiv:1212.3995v2 Friederike  shown  at  QM

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Soi  photons  are  expected  to  do  provide  important  keys  to  understand    photon  produc9on  mechanisms  and  medium  proper9es.    Direct  photon  v3  are  measured  in  several  centrality  bins.  It  is  observed  that  

non-­‐zero  and  posi9ve  γdir.  v3  the  strength  of  γdir.  v3  is  comparable  to  hadron  v3  

They  are  similar  trend  to  γdir.  v2.  don’t  have  strong  centrality  dependence  

It  is  similar  tendency  to  hadron  v3.    The  other  experiment  also  study  direct  photon  vn  measurement.  

Summary

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 19

Central  Arm:  Measure  electrons  and  photons  |η|  <  0.35    Reac9on  Plane  Detector  (RxN):  Es9mate  Event  Plane  Inner  :  1.5  <  |η|  <  2.8  Outer  :  1.0  <  |η|  <  1.5    MPC:  Es9mate  Event  Plane  3.1  <  |η|  <  3.8    BBC:  Es9mate  Event  Plane  3.1  <  |η|  <  3.9

Detector  informaLon

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka

MHBD:  Real  track  Mvtx    :  Measured  track

MHB

D[GeV

]

Mvtx[GeV] 20

Published  Real  photons  in  EMCal  :  1  -­‐  20  GeV/c  

large  errors  at  low  pT  (resolu9on,  contamina9on)  Virtual  photons  from  e+e-­‐  :  1  -­‐  4  GeV/c    New  method  Real  photons  are  measured  by  e+e-­‐  pair    from  external  photon  conversion      at  the  HBD  readout  plane.  ü  less  hadron  contamina9on  ü  good  momentum  resolu9on  pT  range  :  0.4  ~  5GeV/c  Extended  to  lower  pT  low  staLsLcs  

Photons  by  external  conversion

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1)  real  photon  converts  to  e+e-­‐  in  HBD  backplane  2)  default  assump9on:  track  come  from  the  vertex  3)  momentum  of  the  conversion  tracks  will  be              mis-­‐measured  (see  black  tracks)  4)  apparent  pair-­‐mass  (about  12MeV)  will  be  measured              for  phtons  5)  assume  the  same  tracks  originate  in  the  HBD  backplane  6)  re-­‐calculate  momentum  and  pair  mass  with  this            “alternate  tracking  model”  7)  for  true  converted  photons  Matm  will  be  around  zero  

Real  track  esLmated  track

MHB

D[GeV

]

21 Mvtx[GeV] 2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka

External  conversion  photon

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 22

Ncoll-­‐scaled  pp  fit  external  conversion  pp  virtual  photon  pp  in  EMCal(Run2003  data)  pp  in  EMCal(Run2006  data)  AuAu  in  EMCal(Run2004  data)  AuAu  from  virtual  photon(Run4  data)      Using  external  photon  conversion    method  achieved  good  agreement    with  previous  results.

Au+Au

Min.  Bias

Comparable  measurement  is  achieved arXiv:1405.3940

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 23

γdir.  vn  with  external  conversion  photon  analysis  charged  π  vn  γinc.  vn  with  external  conversion  photon  analysis  Rγ  with  external  conversion  photon  analysis      γdir.  vn  with  Calorimeter  π0  vn  with  Calorimeter  γinc.  vn  with  Calorimeter  Rγ  with  external  conversion  photon  analysis  

The  analysis  informaLon

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 24

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

0

0.05

0.1

0-60(%) (RxN(I+O))3 vdir.γ

Au+Au200GeV

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

0

0.05

0.1

0-60(%) (RxN(In)+MPC)3 vdir.γ

Au+Au200GeV

RxN(I+O)  :  1.0  <|η|<  2.8  RxN(In)+MPC  :  1.5  <|η|<  3.8    The  magnitude  of  v3  is  comparable.

Comparison  γdir.  v3

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2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 25

Inclusive  photon  vn  is  measured  via  conversion  photon,  and  pT    range  is  extended  to  low  pT  region.  

(GeV/c) T

p0 1 2 3 4

2v

0

0.1

0.2 (RxN(I+O))2 vinc.γ

real photonexternal conversion photon

(GeV/c) T

p0 1 2 3 4

3v

0

0.1

0.2 (RxN(I+O))3 vinc.γ

real photonexternal conversion photon

(GeV/c) T

p0 1 2 3 42v

0

0.1

0.2Au+Au 200GeVAu+Au 200GeV

(GeV/c) T

p0 1 2 3 4

3v

0

0.1

0.2(GeV/c)

Tp0 1 2 3 4

2v

0

0.1

0.2

(GeV/c) T

p0 1 2 3 4

3v

0

0.1

0.2

0-20(%) 20-40(%) 40-60(%)0-20(%) 20-40(%) 40-60(%)

Comparison  inclusive  photon  vn

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26

π±  and  π0  pT  spectra  are  fi^ed  and  its  func9on  is  used  for  es9ma9ng    the  other  meson  pT  spectra  by  mT  scaling.  They  are  used  as  a  input.  

p0

T

=q

p2T,⇡

0 +M2meson

�M2⇡

0

Input  decay  photon  :  pT  spectra

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27

The  ra9o  of  Each  meson  pT  spectra  to  π0  pT  spectra  is  known    to  be  constant  at  high  pT.  

Input  decay  photon  :  pT  spectra

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10�5

10�4

10�3

10�2

10�1

100

101

12p

p Td2 N

dpT

dy[(

GeV

/c)�

2 ]

0-20%

(a) Linnyk et al.vHees et al.Shen et al. (KLN)Shen et al. (MCGlb)direct g

20-40%

Au+AupsNN = 200GeV

(b)

0 1 2 3 4

10�5

10�4

10�3

10�2

10�1

100

101

40-60%

(c)

1 2 3 4 5pT [GeV/c]

60-92%

(d)

Linnyk  et  al.:  PHSD  transport  model;    Linnyk,  Cassing,  Bratkovskaya,    P.R.C  89,  034908(2014)    vHees  et  al.:  Fireball  model;  van  Hees,    Gale,  Rapp;  P.R.C  84,  054906(2011)    Shen  et  al.:  Ohio  hydro  for  two    different  ini9al  condi9ons;  Shen,  Heinz,  Paquet,  Gale;  P.R.C  84,  064903(2014)    The  yield  itself  is  s9ll  not  perfectly        described.  

arXiv:1405.3940

2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 28

Yield  :  data  vs  theories

Page 29: MeasurementOf)DirectPhoton)Collec9ve)Flow)) In)Au+Au√ sNN ... · Mesons)spectraare)assumed)by) m T)scaling.) Mesons)v n)are)assumed)by)NCQ)scaling.))))) γdir.-v n calculaon-R γ)measured)by)external))

2014/08/06 ATHIC2014  @  Osaka 29

0 1 2 3 40.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

v 2

gdirect (conversions)gdirect (calorimeter)

vHess et al. (b)vHess et al. (a)Linnyk et al.

0 1 2 3 4pT [GeV/c]

0 1 2 3 4

van  Hees  et  al:  P.R.C  84,  054906  (2011)  Linnyk  et  al.:  PHSD  model,  private  communica9on  

0-­‐20% 20-­‐40% 40-­‐60%

Comparison  γdir.  v2  with  theoreLcal  calculaLons


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